Solaire thermique

Les panneaux solaires thermiques produisent de l’eau chaude grâce au rayonnement solaire. Cette eau chaude peut être utilisée pour les besoins de chauffage et/ou d’eau chaude sanitaire (ECS) d’un bâtiment. Un système utilisant l’énergie solaire thermique fournit de l’énergie gratuite pendant 20 ans minimum.

Que ce soit pour des besoins d’eau chaude sanitaire ou de chauffage, pour le chauffage d’une piscine, l’Espace INFO-ÉNERGIE vous accompagne dans vos démarches techniques et financières.
Pour visualiser des exemples d’installations, consultez  la carte des logements performants du Rhône.

Fonctionnement des différents systèmes

Le chauffe-eau solaire individuel (CESI)

L’objectif d’un chauffe-eau solaire est de diminuer les charges énergétiques dues à la production d’Eau Chaude Sanitaire (ECS) grâce à l’énergie solaire.

Comment ça marche ?

  • Capter l’énergie solaire à l’aide du capteur solaire thermique (1)
  • Transporter la chaleur
 : c’est le rôle du circuit primaire (2). Étanche et calorifugé, il contient de l’eau additionnée d’antigel (eau glycolée). Ce liquide s’échauffe en passant dans les tubes du capteur et se dirige vers un ballon de stockage.
  • Restituer la chaleur : la chaleur est restituée à l’eau chaude sanitaire par l’intermédiaire d’un échangeur thermique (3). Le liquide primaire, refroidi, repart vers le capteur (4) où il est chauffé à nouveau tant que l’ensoleillement reste efficace.
  • Stocker l’eau chaude : le ballon solaire (5) est une cuve métallique bien isolée. Il constitue la réserve d’eau sanitaire. L’eau chaude soutirée est remplacée immédiatement par la même quantité d’eau froide du réseau, réchauffée à son tour par le liquide du circuit primaire.
  • Faire circuler le liquide primaire : une petite pompe électrique, le circulateur, met en mouvement le liquide caloporteur quand il est plus chaud que l’eau sanitaire du ballon. Son fonctionnement est commandé par un dispositif de régulation analysant les différences de températures : si la sonde du bas de ballon est plus chaude que celle du capteur, la régulation coupe le circulateur. Sinon, le circulateur est remis en route et le liquide primaire réchauffe l’eau sanitaire du ballon.
  • Pallier l’insuffisance d’ensoleillement
 : partout en métropole, on doit faire face à des périodes défavorables (hiver, mi-saison, longue période de mauvais temps). L’énergie solaire ne peut alors assurer la totalité de la production d’eau chaude. Aussi, l’installation est équipée d’un dispositif d’appoint qui prend le relais en cas de besoin, et reconstitue le stock d’eau chaude. Il peut s’agir :
    • d’une résistance (appoint électrique), souvent placée à mi-hauteur du ballon solaire ;
    • d’un serpentin (6) (appoint hydraulique) raccordé à une chaudière (7) (gaz, fioul, bois) située en aval du ballon ;
    • un second ballon pourvu d’un réchauffeur électrique peut également servir d’appoint.

Conception d’une installation

Positionnement des capteurs : si le choix de l’orientation et de l’inclinaison est parfois guidé par des préférences architecturales, idéalement, sous nos latitudes, un capteur doit être positionné plein sud et incliné à 45°. Il est toutefois possible de s’écarter de ce point optimal (orientation + ou – 45°, inclinaison + ou – 15°) sans que les performances de l’installation n’en soient trop affectées.
Sur un bâtiment neuf, il est souvent possible de les intégrer dans la toiture du bâtiment.
Sur un bâtiment ancien, si la toiture n’est pas correctement orientée, la pose sur châssis est envisageable. Celui-ci peut également être installé sur un bâtiment annexe (garage, abris bois, etc.). Dans tous les cas, les capteurs doivent rester accessibles au cas où une intervention s’avérerait nécessaire (remplacement de la sonde, purge bouchée…).

Dimensionnement de l’installation

Dans les conditions d’ensoleillement du Rhône, il faut compter environ 1m2 de capteurs par personne présente dans le foyer, pour couvrir entre 50% et 70% des besoins en eau chaude sanitaire sur une année. Il est important de dimensionner son installation de solaire thermique au plus proche de ses besoins, un surdimensionnement se révélera ….. ?
Mesurer la performance de son installation
Étant donné qu’il y a un appoint électrique, la disponibilité en eau chaude est constante. Cependant, il est difficile de savoir si cette eau chaude provient du système solaire thermique ou de l’appoint électrique. Il est donc important de suivre la performance de son système solaire thermique, soit en installant un compteur de chaleur, soit en utilisant le système de télésuivi de l’INES (Institut National de l’Énergie Solaire) qui permet de vérifier, mois par mois, le bon fonctionnement de son installation et de détecter toute anomalie.

Le système solaire combiné (SSC)

Le Système Solaire Combiné (SSC) produit de l’eau chaude sanitaire et du chauffage.

Intégration en toiture de panneaux solaires thermiques – Source : Wikipédia

 

Principe du SSC à hydroaccumulation – Source : ADEME

Il se compose de :

  • Capteurs solaires, qui transforment l’énergie du soleil en chaleur. Afin de capter suffisamment d’énergie en hiver il est nécessaire de dimensionner le système en fonction des besoins de chauffage et d’eau chaude.
  • Ballon de stockage, qui accueille l’eau chauffée par le système, elle est ensuite utilisée pour le chauffage du bâtiment.
  • Émetteurs basse température, radiateurs ou planchers chauffants, dans lesquels circule le fluide caloporteur chauffé par les capteurs.
  • Appoint : Ce système permet de couvrir la totalité des besoins en eau chaude sanitaire en été et, en hiver, de couvrir de 30 à 50 % des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire. Comme pour le chauffe-eau solaire il est donc toujours nécessaire d’avoir recours à un appoint.

Un système à part : le plancher solaire direct

Principe du SCC solaire direct – Source : ADEME

La différence fondamentale avec les autres Systèmes Solaires Combinés Individuels (SSCI) réside dans le fait qu’il n’y a pas de stockage de chaleur dans un ballon tampon pour le chauffage. C’est la dalle qui va stocker la chaleur captée par les capteurs solaires.
Ce système permet d’augmenter le rendement des capteurs, qui peuvent fournir de l’énergie pour le chauffage même par une froide journée d’hiver ensoleillée. En hiver, la majeure partie de l’énergie solaire est dirigée dans la dalle. À la mi-saison, une partie va dans la dalle et le reste dans l’eau chaude. En été, toute l’énergie solaire sert à produire de l’eau chaude sanitaire. L’installation du PSD est plus particulièrement réservée aux constructions neuves, pour faciliter son installation.

Le chauffe-eau solaire collectif

Capteurs plans collectifs

Dans quels cas est-il pertinent d’installer un chauffe-eau solaire collectif ?

v x
Bâtisse de 2 à 4 logements Immeuble avec faibles consommations d’eau chaude (bureaux)
Immeuble de logements Établissement scolaire ou sportif non-utilisé l’été
Sanitaires de camping
Restaurant, hôtel
Gîte rural
Maison de retraite, hôpital
Gymnase, piscine, stade

Le pré-dimmensionnement d’un projet

Une des principales règles à respecter pour assurer la pertinence technico-économique d’un projet est de ne pas sur-dimensionner la surface de panneaux solaires par rapport aux besoins.
Connaître ses besoins :

  • dans l’existant : estimation à partir des relevés de consommations existantes ;
  • dans le neuf : simulation à partir de ratios. Dans ce dernier cas, la valeur du ratio dépend bien entendu de la nature du projet :
Typologie Consommations
Logement 33 L à 55°C / jour / pers.
Camping 12 L à 55°C / jour ouvert / pers.
Hôtel 4 saisons 78 L à 55°C / jour / pers.

Exemples de ratios de consommation d’eau chaude – Source : ASDER

Le volume de stockage

Le volume de stockage est généralement déterminé pour avoir une autonomie d’une journée.

La surface des capteurs

La surface de capteur dépend principalement de la taille du stockage et des conditions d’ensoleillement du site. De manière générale en Rhône-Alpes, la surface retenue avoisine les 1 m2 de capteur pour 50 litres de stockage.

Suivi d’une installation collective

Pour des projets collectifs il est de plus en plus recommandé, voire obligatoire dans certains cas, de réaliser un suivi de son installation. L’INES (Institut National de l’Énergie Solaire) propose gratuitement aux maîtres d’ouvrage un télésuivi via Internet pour les installations en région Auvergne-Rhône-Alpes.

Systèmes mixtes thermiques/photovoltaïques

ll existe des capteurs dits « hybrides » photovoltaïques/thermiques, utilisant de l’eau ou de l’air pour transporter la chaleur du capteur jusqu’au logement. Ainsi le système produit à la fois de l’électricité et de l’eau chaude/du chauffage par air chaud.
Télécharger notre fiche technique sur les systèmes aérovoltaïques/hybrides.

Les différents types de capteurs

Le capteur vitré

Ou appelés capteurs plans. C’est la technologie la plus courante en France métropolitaine, elle permet de produire de l’eau chaude à des températures moyennes de 60°C.

Capteurs vitrés en toiture

Fonctionnement

La composition d’un capteur solaire est très simple, il est uniquement constitué :

  • d’un corps noir qui absorbe le rayonnement solaire (ex : un panneau en aluminium teinté) ;
  • d’un fluide caloporteur (principalement de l’eau mélangée à un antigel type gyclol alimentaire) ;
  • d’un isolant thermique (laine minérale) ;
  • d’une couverture transparente qui assure l’effet de serre (vitrage) ;
  • d’un cadre (en aluminium) ;
    C’est le capteur le plus répandu et le mieux adapté pour répondre à ces besoins (chauffage ou ECS) en utilisant de l’énergie solaire.

Composition d’un capteur solaire – Source HESPUL

Le capteur sous-vide

Pour l’eau chaude et le chauffage en zone froide, les surfaces réduites ou une orientation imparfaite, les applications à haute température.

Capteur sous-vide

Fonctionnement

Il est le même que celui du capteur plan à liquide vitré, mais le vide créé à l’intérieur des tubes permet de réduire conséquemment les déperditions en chaleur. Ce capteur atteint ainsi des températures plus élevées (60 à 100°C en moyenne).

Le capteur non vitré, dit capteur moquette

Pour une piscine, des douches solaires.

Capteurs moquettes

Fonctionnement

Pour chauffer des piscines d’été individuelles ou collectives, ces capteurs représentent un investissement idéal en Rhône-Alpes car à moindre coût, ils répondent parfaitement à des besoins spécifiques saisonniers.

Ce capteur consiste en un réseau de tubes noirs en matière plastique, accolés les uns aux autres.
Le rendement du capteur moquette est très bon pour produire des températures proches de la température de l’air ambiant (20 à 30°C).

Pour un fonctionnement sur des périodes plus longues, y compris en hiver il est également envisageable de coupler les capteurs moquettes à une Pompe à Chaleur. Les capteurs servent alors de source d’énergie pour la pompe à chaleur, lui permettant d’accroître sensiblement ses performances (Coefficient de Performance/COP réel moyen > 3,5).

Le capteur à air

Pour le chauffage d’air dans les bâtiments.

Fonctionnement

Capteurs solaires thermiques à air

Les capteurs à air sont constitués d’une double ou triple paroi emprisonnant de l’air et orientée vers le soleil. L’air emprisonné est chauffé par le soleil et remonte par convection ou par une ventilation mécanique. Une aération permet à l’air frais d’être puisé en bas, tandis que l’air chaud en haut est incorporé au circuit de ventilation du bâtiment.

Vous avez un projet de solaire thermique ?

Mettre en place un chauffage solaire dans l'existant

Sur une maison ancienne, généralement mal isolée et qui posséderait déjà un système de chauffage par radiateurs à haute température (classiques), la solution du Système Solaire Combiné (SSC) n’est pas conseillée. Dans ce cas-là il est préférable de réfléchir à une autre solution. Vous pouvez contacter votre Espace INFO-ÉNERGIE pour connaître toutes les alternatives possibles.
En revanche dans le cadre d’une rénovation globale, la solution solaire pour le chauffage est envisageable, dès lors que l’on respecte des deux règles :

  • Isoler “bien” : dans un premier temps il est nécessaire d’isoler au maximum sa maison en éradiquant autant que possible les “fuites thermiques”.
  • Chauffer “doux” : comme nous l’avons expliqué ci-dessus, il est nécessaire d’utiliser des émetteurs basse température pour avoir un Système Solaire Combiné efficace et rentable. Il est donc possible, après une isolation performante, de mettre en place un système de plancher chauffant, des radiateurs basse température, ou d’utiliser les radiateurs installés initialement qui sont devenus trop puissants : “ils sont surdimensionnés”.

Quelques pistes pour une installation réussie

  • Étudier l’inclinaison des panneaux : idéalement 60°, à faire valider par un pro.
  • Prendre en compte la présence de masques proches (ombre d’immeuble, cheminée, arbre) qui peuvent avoir un impact significatif sur les performances de l’installation. Cela peut justifier un positionnement moins bien orienté car moins soumis aux ombrages.
  • Anticiper les phénomènes de surchauffe l’été : inclinaison, capteurs auto-vidangeables, éléments de circuit à bien dimensionner, etc.
  • Dimensionner l’installation au plus près des besoins pour avoir une bonne productivité
  • Choisir un spécialiste référencé QUALISOL COMBI 

Choisir son appoint

Certains systèmes permettent de couvrir la totalité des besoins en eau chaude sanitaire en été et, en hiver, de couvrir de 30 à 50 % des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire. Il est donc toujours nécessaire d’avoir recours à un appoint, qui sera différent en neuf ou en rénovation : raccord sur une chaudière existante, résistance électrique ou système indépendant, comme un poêle.
Contactez votre ESPACE INFO-ÉNERGIE pour connaître l’appoint qui sera le plus adapté à votre projet.

Pour aller plus loin

Guide ADEME : le chauffage et l’eau chaude solaire

Solaire thermique : les points de vigilance pour une installation réussie

Le point sur les systèmes solaires aérovoltaïques et hybrides

Adresses utiles

Les professionnels du solaire

  • Pour trouver un installateur certifié qualit-enr près de chez soi
  • Liste d’installateurs spécialisés dans le solaire : Technosolar
  • Liste d’installateurs engagés, recensés par le site Outilssolaires

Les sites ressources

  • Institut National de l’Énergie Solaire : INES
  • Pour suivre les performances de son système : Télésuiweb de l’INES pour les chauffe-eau solaires individuels et collectifs
.
  • Pour vous aider à trouver un matériel certifié adapté à vos besoins ou contraintes : Ô solaire
  • Site d’information sur les énergies renouvelables : outilssolaires

  • Réseau apper-solaire d’auto-constructeurs spécialisés dans le solaire thermique. Il vous permet de tout savoir pour fabriquer vous-même votre chauffe-eau/chauffage solaire.
  • Baromètre des énergies renouvelables : statistiques annuelles sur l’évolution du marché.

Foire aux questions

Faisabilité technique

Quelles différences y-a-t-il entre les panneaux solaires thermiques et les panneaux solaires photovoltaïques ?

Les panneaux solaires thermiques utilisent directement la chaleur du soleil tandis que les panneaux photovoltaïques convertissent la lumière en énergie électrique.

y a t-il assez de soleil partout en France pour avoir une installation rentable ?

OUI ! Disponible sur tout le territoire métropolitain, le rayonnement solaire reçu en France est suffisant pour qu’une installation soit rentable à Strasbourg comme à Marseille.

Puis-je couvrir la totalité de mes besoins en eau chaude sanitaire avec un CESI (Chauffe-Eau Solaire Individuel) ?

NON ! Un CESI nécessite toujours un appoint afin de pallier aux pics de consommations et au manque de production lors des semaines peu ensoleillées. Plus l’on cherchera à couvrir une partie importante des besoins, plus la rentabilité économique du projet sera faible, augmentant également les risques de surchauffe du système. Le bon compromis économique se situe en général aux environs de 50 % de couverture des besoins.

Puis-je chauffer ma maison avec des capteurs solaires ?

Partiellement. Il est en effet possible de couvrir une partie des besoins, jusqu’à 50 % environ. Au-delà, la rentabilité économique du projet n’est plus assurée et le risque de surchauffe du système en été peut dégrader la fiabilité / durée de vie de l’installation.

Pourquoi ne pas plutôt utiliser l’électricité solaire (panneaux photovoltaïques) pour chauffer ma maison ?

Dégrader de l’énergie électrique solaire en chaleur est une aberration économique (non rentable) ! Le rendement d’une installation solaire photovoltaïque est environ 4 fois plus faible que celle d’une installation thermique. Pour produire la moitié des besoins de chauffage d’une maison, il faudrait environ 100 m² de panneaux solaires photovoltaïques (soit 80 000 € d’investissement). Pour tout ce qui concerne le chauffage de la maison, il est largement préférable d’investir dans un système de chauffage performant (chaudière bois, chaudière condensation…) et d’ajouter des panneaux solaires THERMIQUES pour réduire les consommations de combustible.

Puis-je installer mes capteurs n’importe où ?

NON ! Dans le cas où le bâtiment est situé dans le périmètre des 500 m d’un site classé, monument historique ou secteur sauvegardé où qu’il y a covisibilité entre le monument et les panneaux, il faut contacter le Service Départemental de l’Architecture et du Patrimoine. L’Architecte des Bâtiments de France peut alors émettre un avis favorable ou défavorable pour l’installation des panneaux.

Ne faut-il pas plus d’énergie pour construire un chauffe-eau solaire qu’il n’en produit sur sa durée de vie ?

NON ! L’énergie grise (énergie qui a été nécessaire à la fabrication du système) des panneaux solaires thermiques est très faible. On estime généralement qu’un panneau met moins d’un an à produire l’énergie qui aura été nécessaire à sa fabrication.

Entretien

Faut-il nettoyer ses capteurs solaires ?

Ce n’est pas nécessaire, la pluie s’en charge !

Y a-t-il besoin d’un entretien particulier ?

NON, il n’y a pas d’obligation d’entretien sur le système solaire (CESI ou SSC), mais il est conseillé de le faire à minima tous les 2 ans, à condition de vérifier régulièrement la régulation et la pression.
En fonction du type d’appoint (chaudière au fioul, au gaz, au bois, appoint électrique…), un entretien annuel est par contre nécessaire et même obligatoire : ramonage, vérification de la chaudière, détartrage…

Le recyclage des panneaux pose-t-il problème ?

NON ! Les panneaux solaires thermiques sont essentiellement constitués de verre, d’acier, d’aluminium et de cuivre et sont donc intégralement recyclables.

Faisabilité économique

Est-il rentable d’installer un chauffe-eau solaire ?

OUI, sous réserve que l’installation soit correctement dimensionnée, ce qui n’est pas toujours le cas. Une installation surdimensionnée aura tendance à être trop coûteuse par rapport aux économies qu’elle engendre. Les temps de retour sur investissement varient de 10 à 20 ans suivant l’énergie substituée.

Quel est le coût d’une installation ?

Pour donner un ordre d’idée, le coût d’une installation complète (capteurs, ballons de stockage, régulation, raccordements électriques et hydrauliques, … ) se situe entre 1200 et 1500€/m2 de capteurs installés (TTC). 
Les installations de chauffage solaire présentent des coûts au m2 légèrement plus faibles, aux alentours de 1 200 €/m2 de capteur installé (TTC)
Ces coûts tendent à diminuer pour les installations comprenant des surfaces importantes notamment pour les systèmes de chauffes-eau collectifs (1 000 €/m² pour des réalisations > 20 m²).

Ai-je droit à des aides pour réaliser mon installation ?

OUI, il existe plusieurs systèmes d’aides financières pour les particuliers : pour les connaître, cliquez ici.

Quelle est la durée de vie d’une installation solaire thermique ?

Généralement plus de 20 ans, si l’installation est correctement dimensionnée et suivie avec un entretien annuel réalisé par un professionnel.

Autre

Où voir des exemples d’installation de panneaux solaires thermiques ?

Des fiches techniques de projets sont disponibles sur la carte des logements performants du Rhône. Un filtre permet de sélectionner des fiches spécifiques à votre projet.